CN1205006C - 陶瓷量块的加工工艺及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷量块的加工工艺及其设备，该工艺包括：a)陶瓷量块毛坯的制取；b)以陶瓷量块毛坯较大的面作为基准面，研磨该两个面；c)以上述基准面为粘合面，将多块毛坯胶合成长条状上盘研磨四个侧面；d)将陶瓷量块的各个棱边倒至0.3毫米或者倒圆；e)再次上盘加工两个工作面；f)手修两个工作面，其特征在于，陶瓷量块的研磨过程中所采用的磨料包括炭化硅、金刚石微粉、白刚玉微粉、红宝石微粉等材料，磨料的粒度在90μ-0.2μ之间，将磨料混入采用蒸馏水、甘油或经过滤的肥皂液按一定比例所配制的乳化溶液中制成研磨液，本发明还提供了陶瓷量块加工设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷量块的加工工艺及其设备。
背景技术
随着现代测量技术的发展，使得在某些较特殊环境和条件下的测量精度的要求比以前更高，特别是纳米技术时代的到来，使得普通的钢质量块的应用受到限制，因此需要一种由比钢的性能更好的材料来做量块。基于此，两种具有不同使用特点的材料制成的量块应运而生。其中一种是硬质合金(即碳化钨)制成的量块，它具有较高的硬度。另一种是陶瓷(现在主要是氧化锆(ZrO2))制成的量块，它既具有较高的硬度，又具有较耐腐蚀性能，且不导磁。对于前者即硬质合金量块，基本上可以采用和普通量块相同的设备和方法来制造，而对于后者即陶瓷量块，由陶瓷本身的物理性质原因，目前基本上不能采用和普通钢质量块相同的机械加工方法制造。因此陶瓷量块的加工需要一套全新的加工方案。
大家知道，陶瓷是脆硬材料，由于它的硬度较高，韧性较差。因此，其加工难度很大，主要表现在：加工周期长，量块的尺寸和测量面的面形偏差要求很高、表面光洁度、粗糙度很难达到现行标准，表面化上严重废品率很高，生产成本较大。另外，由于成套量块中尺寸差异很大，因此还需要针对不同尺寸的量块，采用不同的加工设备加工。以上这所有因素严重影响了陶瓷量块的产品质量，也影响了陶瓷量块的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种能生产尺寸和测量面的面形偏差小，表面光洁度高、粗糙度小，废品率低，生产成本低的陶瓷量块加工工艺方法及其设备。
本发明的目的是这样实现的，一种陶瓷量块的加工工艺，陶瓷量块的厚度为0.5-100毫米，该制造工艺包括：a)陶瓷量块毛坯的制取；b)以陶瓷量块毛坯较大的面作为基准面，研磨该两个面；c)以上述基准面为粘合面，将多块毛坯胶合成长条状上盘研磨另外四个侧面；d)将陶瓷量块的各个棱边倒至0.3毫米或者倒圆；e)再次上盘，加工两个工作面；f)手修两个工作面，其特征在于，陶瓷量块的研磨过程中所采用的磨料包括炭化硅、金刚石微粉、白刚玉微粉、红宝石微粉等材料中的一种或一种以上的混合物质，磨料的粒度在90μ-0.2μ之间，将磨料混入采用蒸馏水、甘油或经过滤的肥皂液按一定比例所配制的乳化溶液中制成研磨液。
步骤(a)的陶瓷量块毛坯为经过平面磨床磨过的长方体，该平面磨床的磨轮为采用金属结合剂的金刚石磨轮，金刚石的粒度在150#-250#之间，浓度为100％。
步骤(b)是在单轴透镜研磨机上用炭化硅或者金刚石磨轮等将两面磨平，主轴转速为150-300转/分，平行度在0.02mm以内。
步骤(c)的过程可以手工加工，也可以采用工夹具在平面磨床上加工。
量块毛坯的四侧面均磨至成品要求的尺寸和公差，用金刚石微粉磨料W14或W50砂盘磨透，研磨液中金刚石微粉的重量百分比为6‰-10‰，主轴转速为20-36转/分，车间温度为15℃-25℃。
步骤(d)采用W7散粒金刚石微粉磨料或W40-W14砂盘磨各个棱边。
步骤(e)根据不同的量块的测量厚度，分别采用下述上盘方法：
对于厚度在0.5-2毫米之间的量块，在加工第一工作面时，将其尺寸放大，采用点胶的方法上盘，在第一面加工完以后，以第一工作面为基准面，采用光胶法上盘，然后磨至所需尺寸；
对于厚度在2-4毫米之间的可直接采用I)的方法上盘，但不需放大尺寸；
对于厚度在30-100毫米之间的量块，可采用石膏浇注法上盘，一次上盘后两面均可加工。
采用W40-W1的金刚石研磨液，主轴转速为16-40转/分，摆速为18-50转/分；车间温度为18℃-24℃。
步骤(f)采用白刚玉或红宝石微粉W1-W0.2作为研磨液，采用分离器作为手修工具加工，车间温度为20℃±1℃。
一种运用于陶瓷量块的加工工艺的设备，包括磨床，磨盘，研磨机，工夹具和分离器，其特征在于，它的工夹具包括两部分，工夹具1和工夹具2，工夹具1为保证角度所用，其A、B两面为侧面，A、B两面所组成的二面角为90°±1’；工夹具2为成盘时固定用；在工夹具1和2上开有安装孔，用螺钉将工夹具1和2连接固定。
陶瓷量块的加工工艺的设备的分离器为一圆柱形结构，在分离器上纵向开有若干个通孔用于放入量块，在分离器的中心有一个突起，突起内开有一个孔，用于安装顶针，在分离器和与它下面的磨盘间粘结有一层陶瓷板，使磨盘旋转时，量块跟随分离器公转运动的同时也作自转运动，在量块及分离器与磨盘间涂上研磨液。
精磨时采用的磨盘为经过煅打的45#钢，在磨盘的磨面上开螺旋形槽。
手修的分离器的主轴转速为5-10转/分，摆速为6-12转/分，磨盘可以由经过煅打的开螺旋形槽的45#钢，或者由开菱形槽的纯铜制成。
由于本发明采用了如上的加工工艺和设备，因此具有如下的优点：
1、生产的量块的尺寸和测量面的面形偏差小，表面光洁度高、粗糙度小。本发明能够依据不同的尺寸设计不同的上盘工具来提高陶瓷量块的表面加工质量，
2、废品率低。
3、加工周期短，生产成本低。
附图说明
图1为本发明的工夹具的使用状态图；
图2为本发明的点胶的方法采用的粘结模示意图；
图3为本发明的石膏上盘的主视图；
图4为本发明的石膏上盘的俯视图；
图5(a)为本发明的手修时采用的分离器使用状态主视图；
图5(b)为本发明的手修时采用的分离器使用状态俯视图；
图6为本发明的螺旋形槽的磨盘示意图；
图7为本发明的菱形槽的磨盘示意图。
具体实施方式
实施例1
实施例1公开了一种的尺寸为1mm×30mm×9mm陶瓷量块的加工工艺及其设备，该陶瓷量块的测量厚度为1mm，的工艺过程如下：
1、由于陶瓷量块较薄，粘结应力的作用较大，容易产生很严重的变形，故加工第一工作面(30mm×9mm面)时，可将其厚度放大，由原来的1mm放大为2mm。
取一个尺寸稍大于2mm×30mm×9mm的陶瓷量块毛坯在采用金属结合剂的金刚石磨轮的平面磨床上研磨，金刚石粒度为180#，浓度为100％。
2、然后以陶瓷量块毛坯较大的面，即30mm×9mm的面作为基准面上盘，在单轴透镜研磨机上用炭化硅、金刚石等磨料将30mm×9mm的两面整平，主轴转速为150～300转/分。保证平行度达到0.02mm以内。
3、以上述基准面为粘合面，将多块毛坯胶合成长条状做另外四个侧面，即两个2mm×30mm的面和两个2mm×9mm的面。采用如图1所示的工夹具在平面磨床上加工。工夹具1为保证角度所用，其A、B两面为侧面。图中A、B两面所组成的二面角为90°±1′。将陶瓷量块以上述4个侧面中的任何一个放到工夹具1上的L型空档内，胶合接触面。然后用螺钉穿过安装孔3将工夹具1和工夹具2连接固定。
4、将上述工夹具连带量块放到磨盘上加工，研磨液金刚石微粉的重量百分比为8‰，主轴的转速为30转/分，车间温度为20℃，采用散粒金刚石微粉磨料W14。一个侧面完成后，拧开螺钉，换另一个侧面，将四个侧面均磨至成品要求的尺寸和公差，这些侧面以后将不再加工。
5、以下阶段为精加工阶段，首先将陶瓷量块的各个棱边倒至0.3毫米或倒成圆弧形，采用W7散粒金刚石微粉磨料磨。
6、接下来精磨量块的工作表面。采用图2所示的点胶方法上盘，磨盘采用45#钢，上开有螺旋形槽。待第一工作面加工好后，以第一工作面面为基准面，采用光胶法上盘，然后整盘将尺寸磨至所需尺寸即可；在这里主要采用W40～W14的金刚石研磨液加工，主轴转速为16～40转/分，摆速为18～50转/分；车间带有温控设备，车间温度为18℃-24℃。
7、接下来就是手修。由于量块本身的特殊性，我们不可能一次达到所需的尺寸公差。采用白刚玉或红宝石微粉W1～W0.2为研磨液，采用如图5(a)和5(b)所示的分离器7为工具加工，分离器7为一圆柱形结构，在分离器7上纵向开有若干个通孔10用于放入量块4，在分离器7的中心有一个突起，突起内开有一个孔，用于安装顶针，在分离器7和与它下面的纯铜磨盘间涂有一层陶瓷板，使磨盘旋转时，量块4的转速与分离器7的一致，在量块4与磨盘间涂上研磨液。分离器7下的磨盘为开有菱形槽的纯铜的盘，主轴转速为5～10转/分，摆速为6～12转/分。此时车间带有温控设备，车间温度为20℃±1℃。加工时，用顶针通过通孔12顶住分离器7，转动磨盘9，使量块4跟随分离器7公转的同时在通孔10内作自转运动，由于纯铜磨盘的粒度较均匀，使量块4表面被磨得非常光滑。
本发明的步骤6的上盘方法，因量块尺寸的不同而不同，厚度在0.5毫米-2毫米间的可与实施例1的一致；厚度在2.0-4毫米之间的也可采用上述上盘方法，但无需放大尺寸；厚度在5-20的第一面可以直接粘胶上盘，第二面采用光胶法上盘；厚度在30-100的量块可以采用如图3和图4所示的石膏浇注法上盘，一次上盘后两面均可加工。
采用本加工方案可以解决薄量块加工时产生的变形和超厚块上盘困难的问题，同时量块表面质量也能达到很好的等级。
除此之外，依据本发明构思所作的类似变形和修改也落入本专利的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种陶瓷量块的加工工艺，陶瓷量块的厚度为0.5-100毫米，该制造工艺包括：a)陶瓷量块毛坯的制取；b)以陶瓷量块毛坯较大的面作为基准面，研磨该两个面；c)以上述基准面为粘合面，将多块毛坯胶合成长条状上盘研磨另外四个侧面；d)将陶瓷量块的各个棱边倒至0.3毫米或者倒圆；e)再次上盘，加工两个工作面；f)手修两个工作面，其特征在于，陶瓷量块的研磨过程中所采用的磨料包括炭化硅、金刚石微粉、白刚玉微粉、红宝石微粉等材料中的一种或一种以上的混合物质，磨料的粒度在90μ-0.2μ之间，将磨料混入采用蒸馏水、甘油或经过滤的肥皂液按一定比例所配制的乳化溶液中制成研磨液。
2.如权利要求1所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，步骤(a)的陶瓷量块毛坯为经过平面磨床磨过的长方体，该平面磨床的磨轮为采用金属结合剂的金刚石磨轮，金刚石的粒度在150#-250#之间，浓度为100％。
3.如权利要求1所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，步骤(b)是在单轴透镜研磨机上用炭化硅或者金刚石磨轮等将两面磨平，主轴转速为150-300转/分，平行度在0.02mm以内。
4.如权利要求1所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，步骤(c)的过程可以手工加工，也可以采用工夹具在平面磨床上加工。
5.如权利要求4所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，量块毛坯的四侧面均磨至成品要求的尺寸和公差，用金刚石微粉磨料W14或W50砂盘磨透，研磨液中金刚石微粉的重量百分比为6‰-10‰，主轴转速为20-36转/分，车间温度为15℃-25℃。
6.如权利要求1所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，步骤(d)采用W7散粒金刚石微粉磨料或W40-W14砂盘磨各个棱边。
7.如权利要求1所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，步骤(e)根据不同的量块的测量厚度，分别采用下述的上盘方法：
对于厚度在0.5-2毫米之间的量块，在加工第一工作面时，将其尺寸放大，采用点胶的方法上盘，在第一面加工完以后，以第一工作面为基准面，采用光胶法上盘，然后磨至所需尺寸；
对于厚度在2-4毫米之间的可直接采用I)的方法上盘，但不需放大尺寸；
对于厚度在30-100毫米之间的量块，可采用石膏浇注法上盘，一次上盘后两面均可加工。
8.如权利要求7所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，采用W40-W1的金刚石研磨液，主轴转速为16-40转/分，摆速为18-50转/分；车间温度为18℃-24℃。
9.如权利要求1所述的陶瓷量块的加工工艺，其进一步特征在于，步骤(f)采用白刚玉或红宝石微粉W1-W0.2作为研磨液，采用分离器作为手修工具加工，车间温度为20℃±1℃。
10.一种运用于权利要求1-9中任何一项所述的陶瓷量块的加工工艺的设备，包括磨床，磨盘，研磨机，工夹具，分离器，其特征在于，它的工夹具包括两部分，工夹具(1)和工夹具(2)，工夹具(1)为保证角度所用，其两侧面(A、B)所组成的二面角为90°±1’；工夹具(2)为成盘时固定用；在工夹具(1)和(2)上开有安装孔，用螺钉将工夹具(1)和(2)连接固定。
11.如权利要求10所述的陶瓷量块的加工工艺的设备，其进一步特征在于，所述分离器为一圆柱形结构，在分离器上纵向开有若干个通孔用于放入量块，在分离器的中心有一个突起，突起内开有一个孔，用于安装顶针，在分离器和与它下面的磨盘间粘结有一层陶瓷板，使磨盘旋转时量块将在跟随分离器作公转运动的同时，也作自转运动，在量块及分离器与磨盘间涂上研磨液。
12.如权利要求11所述的陶瓷量块的加工工艺的设备，其进一步特征在于，精磨时采用的磨盘为经过煅打的45#钢，在磨盘的磨面上开螺旋形槽。
13.如权利要求12所述的陶瓷量块的加工工艺的设备，其进一步特征在于，手修的分离器的主轴转速为5-10转/分，摆速为6-12转/分，磨盘可以由经过煅打的开螺旋形槽的45#钢，或者由开有菱形槽的纯铜制成。
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